汽车电子电气架构的升级主要体现在硬件架构、软件架构、通信架构三方面:硬件架构从分布式向域控制/中央集中式方向发展、软件架构从软硬件高度耦合向分层解耦方向发展、通信架构由LIN/CAN总线向以太网方向发展。2.1 汽车EEA演进路线图博世给出的电子电气架构路线图分为六个阶段,已成行业共识:分布式阶段(包括模块化、集成化)、域集中式(包括集中化、域融合)、中央集中式(包括车载电脑、车云计算)。模块化阶段:一个 ECU 负责特定的功能,比如车上的灯光对应有一个控制器,门对应有一个控制器,无钥匙系统对应有一个控制器。随着汽车功能增多这种架构日益复杂无法持续。集成化阶段:单个 ECU 负责多个功能, ECU数量较上一阶段减少。在这两个阶段,汽车电子电气架构仍处于分布式阶段,ECU功能集成度较低。功能域控阶段:功能域即根据功能划分的域控制器,最常见的是如博世划分的五个功能域(动力域、底盘域、车身域、座舱域、自动驾驶域)。域控制器间通过以太网和CANFD(CAN with Flexible Data Rate)相连,其中座舱域和自动驾驶域由于要处理大量数据,算力需求逐步增长。动力总成域、底盘域、车身域主要涉及控制指令计算及通讯资源,算力要求较低。跨域融合阶段:在功能域基础上,为进一步降低成本和增强协同,出现了跨域融合,即将多个域融合到一起,由跨域控制单元进行控制。比如将动力域、底盘域、车身域合并为整车控制域,从而将五个功能域(自动驾驶域、动力域、底盘域、座舱域、车身域)过渡到三个功能域(自动驾驶域、智能座舱域、车控域)。中央计算位置域阶段:随着功能域的深度融合,功能域逐步升级为更加通用的计算平台,从功能域跨入位置域(如中域、左域、右域)。区域控制器平台(Zonal Control Unit ZCU)是整车计算系统中某个局部的感知、数据处理、控制与执行单元。它负责连接车上某一个区域内的传感器、执行器以及ECU等,并负责该位置域内的传感器数据的初步计算和处理,还负责本区域内的网络协议转换。位置域实现就近布置线束,降低成本,减少通信接口,更易于实现线束的自动化组装从而提高效率。传感器、执行器等就近接入到附近的区域控制器中,能更好实现硬件扩展,区域控制器的结构管理更容易。区域接入中央计算保证了整车架构的稳定性和功能的扩展性,新增的外部部件可以基于区域网关接入,硬件的可插拔设计支持算力不断提升,充足的算力支持应用软件在中央计算平台迭代升级。在一项针对某家整车制造商的研究中,安波福发现,使用区域控制器可以整合9个ECU,并少用数百根单独电线,从而使车辆的重量减少了8.5千克。减重有助于节能,并延长电动汽车的续驶里程。此外,由于区域控制器将车辆的基本电气结构划分为更易于管理的组成部分,更容易实现自动化线束组装。汽车云计算阶段:将汽车部分功能转移至云端,车内架构进一步简化。车的各种传感器和执行器可被软件定义和控制,汽车的零部件逐步变成标准件,彻底实现软件定义汽车功能。2.2 汽车EEA各阶段特点汽车电子电气架构的演进为软硬件解耦提供了有力支撑,高度中心化的电子电气架构带来计算集中化、软硬件解耦、平台标准化、功能定制化。(1)算力趋向于集中,众多的ECU集中到几个强大的算力平台,为软件运行提供了算力基础;(2)底层软件和代码开始打通,操作系统为核心的软件生态开始建立,软件可以实现持续迭代,OTA发展提速;(3)域控制器+时间敏感以太网可以实现数据的高速处理和传输,为软件应用的发展创造了条件。